Problemas Resolvidos de Física
Prof. Anderson Coser Gaudio – Depto. Física – UFES
HALLIDAY, RESNICK, WALKER, FUNDAMENTOS DE FÍSICA, 4.ED., LTC, RIO DE
JANEIRO, 1996.
FÍSICA 2
CAPÍTULO 20 – CALOR E PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
27. Uma garrafa térmica produz 130 cm3 de café quente, à temperatura de 80,0oC. Nela, você põe
uma pedra de gelo de 12,0 g, em seu ponto de fusão, para esfriar o café. Quantos graus o café
esfria, após o gelo ter derretido? Trate o café como se fosse água pura.
(Pág. 199)
Solução.
Considerando-se a garrafa térmica como um sistema isolado, não haverá perda de energia para os
arredores. Logo, pode-se afirmar que o calor cedido pelo café Qc somado ao calor recebido pelo
gelo Qg para derreter e aquecer deve ser nulo.
Qc + Qg ,fus + Qg ,aq =
0
mc cc ∆Tc + L f mg + mg ca ∆Ta =
0
(1)
Na expressão acima, os índices c, g e a referem-se ao café, à água e ao gelo, respectivamente, e Lf é
o calor latente de fusão do gelo. O cálculo da massa do café mc (essencialmente água) é feito por
meio de mc = ρc Vc. Como a densidade do café ρc é 1,00 g/cm3 a 20oC, é razoável fazer a correção
da dilatação térmica do volume de café, que é aproximadamente de 2 cm3. O volume do café a 20oC
Vc’ vale:
Vc
Vc' =
1 + β c ∆Tc
Logo, a massa do café vale:
(1, 00 g/cm )(130 cm ) = 128,3823 g
ρcVc
=
=
mc ρ=
V
1 + β c ∆Tc 1 + ( 2,1×10−4o C−1 ) ( 80, 0o C ) − ( 20, 0o C ) 


3
3
'
c c
Substituindo-se os valores numéricos em (1):
(128,3823 g ) (1, 00 cal/g.o C ) T − (80, 0o C ) + ( 79,55 cal/g )(12, 0 g ) + 
 + (12, 0 g ) (1, 00 cal/g.o C ) T − ( 0, 0o C )  =
0
0
(128,3823 cal/ C ) T − (10.270,59 cal ) + ( 954, 6 cal ) + (12, 0 cal/ C ) T =
(140,3823 cal/ C ) T = ( 9.315,99 cal )
o
o
o
T = 66,36o C
Logo:
∆Tc =
T − T0 =
( 66,36o C ) − (80, 0o C ) =−13, 63o C
∆Tc ≈ −14o C
________________________________________________________________________________________________________
Halliday, Resnick, Walker - Física 2 - 4a Ed. - LTC - 1996.
Cap. 20 – Calor e Primeira Lei da Termodinâmica
1